新能源汽车工厂智能照明设计方案

申屠玉正

机械工业第九设计研究院股份有限公司，吉林 长春 130011

0 引言

智能照明控制系统利用计算机、网络通信、自动控制、微电子等技术手段，自动采集系统各种信息并进行相应的逻辑分析、推理判断、存储传输以及反馈控制，以满足环境变化、客户需求等要求[1]。

智能照明控制系统一般具有以下功能：单回路开关、群组开关的控制；整体场景变化的控制；定时、传感器感应及电脑管理多种控制方式；无人工管理逻辑功能；手动开关功能；反馈每一回路的运行与故障状态。

智能照明控制系统一般采用三种总线控制方式：RS485、DALI、KNX。其中RS485和KNX控制方式可以照明回路为单位进行智能控制和调光，而DALI控制方式可以实现对单灯的智能控制和调光。从经济性角度考虑，RS485和KNX控制系统造价低，而DALI控制系统造价高，但能够精确控制调光以实现恒照度[2]。

1 智能照明控制系统组成和框架结构

以笔者设计的2020年吉林省“三早”建设工程项目之一的一汽某新能源汽车工厂项目为例。这一工程智能照明设计内容有各车间智能照明系统（含车间一般照明、生产线照明、物流区照明和辅助办公照明等）、建筑物亮化照明系统（含建筑物外立面亮化照明、屋顶企业LOGO大字照明、涂装车间烟囱亮化照明等）、厂区道路及绿化景观照明系统等。

项目设置了照明综合管控平台，实现对各区域精准灯光节点的分组控制、多情景模式管理，采用平日模式、节假日模式及重大活动时刻模式，高效集中控制。

工厂控制管理平台和物理场景系统是项目的关键内容，控制管理平台设置在联合动力站房的总控制中心，能够对所有场景子系统进行统一管理，集成调度，维护工厂高效运行。系统提供开放式的集成能力，为不同的控制系统提供统一的控制界面，能实现场景系统远程自动设置、运行状态动态监控。全厂智能照明控制系统拓扑图如图1所示。

图1 全厂智能照明控制系统拓扑图

工程在联合动力站房设置总控制中心，在冲焊车间、涂装车间、总装车间、电池电驱车间设置分控制中心，其中厂区道路及绿化景观照明控制采用4G无线远程智能控制，路灯可实现单灯控制，建筑物立面亮化照明控制利用厂区内计算机局域网。

各分控制中心智能照明管理系统由上位机管理软件（中央管理层）、集中控制器（集中控制层）、终端控制器（终端控制层）组成。集中控制器安装在配电柜内，终端控制器安装在照明终端。集中控制器通过单模光纤与后台监控服务器进行通信。集中控制器通过接收、执行、转发上位机管理软件的命令，对每个终端控制器进行控制，从而控制每盏灯具的亮灭及调光，节约电能。同时，集中控制器通过内置输出端口在配电箱内可实现对路灯整条回路的控制，查询每个终端控制器的信息，通过模拟量、数字量输入端口，可以外接其他设备采集现场的光照、温度等其他信息，反馈到上位机管理软件，实现对现场的实时监控。

2 智能照明控制策略

2.1 控制方式

智能照明控制方式主要有以下几种。

（1）中央控制：在主控中心对所有照明回路进行监控。

（2）模式控制：设置白天、傍晚、夜晚、节假日、维修、巡检等模式。

（3）现场可编程开关控制：通过编程方式来确定每个开关按键所控制的灯光回路，可单回路控制也可以组合回路控制。

2.2 工厂各区域智能照明控制策略

（1）生产车间。汽车工厂厂房顶棚较高，一般采用大功率的LED照明灯具，由于涉及区域大、灯光照度要求稳定性较强，一般不采用调光控制，而采用场景定时控制方式，结合本地控制面板，预设各种场景，包括上班模式、加班模式、休息模式、假日模式等[3]。如冲压车间空间高大，采用分区控制，照明区域包括冲压件库、模具存储区域、板料存储区域、模具调试区域、冲压生产区域等。智能照明系统与生产中台系统实时通信，实现生产管理系统对车间照明的实时控制。

总装车间一般面积较大，除了高空照明，还设置了生产线工位照明，采用调光控制，受车间生产中台系统综合管理。

物流配送中心需根据工艺需求采用适合的照明策略。对于分拣配送区，在分拣货物时有较高的照度需求，其他时间照度与本车间一致。设计时照明回路交叉布置，每个回路采用智能照明开关控制，经过编址便可在门口智能面板上实现灯具全开、半开、全闭等功能。

（2）办公区。办公区照明灯具采用非调光式LED灯具，分区控制。在办公区出入口，配置相应的智能触控面板，方便人员操作，实现在每个出入口都可以开启或关闭整个办公区所有的灯具。同时在一些特定区域，结合照度感应器对灯具进行分组开闭控制，对室内照度值按需进行调控。根据各个区域各种功能特点和不同的时间段，可预设多种照明场景，由时间管理器自动运行，同时工作人员也可进行手动编程进行选择或修改照明场景[4]。

（3）厂区道路照明。光源方面取消传统的高压钠灯方案，采用长寿命高显色性的LED光源，灯具采用太阳能智慧路灯。在控制方式方面，取消简单的时控、光控方案。智慧路灯通过传感器、电力线载波、ZIGBEE通信技术和无线通信技术等，将路灯串联起来，形成物联网，并可根据车流、时间、光线变化情况等条件设定自动调节亮度方案，实现远程照明控制与管理，让道路照明达到智能状态。

（4）建筑物亮化照明系统。近些年社会的发展使得城市夜景照明成为城市景观中的重要元素，工业建筑照明作为其中之一，对于增强企业形象，助力美丽城市，具有独特的作用。案例工程设计的建筑物亮化照明系统包括建筑物外立面亮化照明、屋顶企业LOGO大字照明、涂装车间烟囱亮化照明等。其中在涂装车间烟囱高处设置LED企业LOGO标志，形成夜晚区域地标，凸显广告效应。另外，在项目中心广场草坪和花树下，布设了草坪灯、线条灯和投光灯，将工业建筑外形与色彩多变的照明灯光完美结合，营造出温馨的氛围。

3 结论

新能源汽车工厂主要由冲压、焊装、涂装、总装、电池电机、物流配送中心等车间及联合动力站房、配套库房、厂区工程等组成，建筑物多、个别单体面积大、功能复杂。汽车工厂内众多照明配电箱分布在建筑物多个区间，如果采用传统由专人或班组进行就地分区控制的方式，存在耗时、低效、管理不便等缺点，也无法实现灵活控制、按需调光等功能。近年来我国汽车制造业尤其是新能源汽车保持了较快的发展势头，提出建设绿色工厂、智慧工厂的时代要求，智能照明控制系统作为其中重要一环，在汽车工厂的应用具有十分广阔的前景，这对企业提高生产管理效率、节约能源、增加经济效益、增强市场竞争力具有重要意义。